DE959364C - Device for carrying out endothermic gas reactions - Google Patents
Device for carrying out endothermic gas reactionsInfo
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Description
Bei chemischen Prozessen, bei denen mindestens ein Reaktionspartner in gasförmigem Zustand vorliegt und die Reaktion durch indirekte Zufuhr von Wärme ausgelöst oder aufrechterhalten werden muß, liegt in der Ausgestaltung des Reaktionsraumes ein besonders schwieriges Problem. Dies trifft besonders dann zu, wenn es sich um Umsetzungen handelt, deren Verlauf durch die gängigen Werkstoffe, die wegen ihrer guten Wärme-Übertragungseigenschaften normalerweise bevorzugt in solchen Fällen verwendet werden, gestört wird. Derartige Schwierigkeiten liegen beispielsweise vor, wenn der Rohrwerkstoff mit dem benutzten Katalysator reagiert oder diesen vergiftet oder wenn die Ausgangsstoffe der Reaktionen oder das Reaktionsprodukt durch den Werkstoff des Reaktionsgefäßes katalytisch beeinflußt, beispielsweise zersetzt, werden. Auch die mangelnde Temperaturbeständigkeit metallischer Werkstoffe kann als Erschwernis für die Vornahme der beschriebenen Reaktion eine Rolle spielen.In chemical processes in which at least one reaction partner is in a gaseous state and the reaction can be initiated or maintained by the indirect supply of heat must, the design of the reaction space is a particularly difficult problem. this especially applies when it comes to implementations whose course through the common ones Materials normally preferred because of their good heat transfer properties used in such cases is disturbed. Such difficulties are for example before if the pipe material reacts with the used catalyst or poisons it or if the starting materials of the reactions or the reaction product by the material of the Reaction vessel catalytically influenced, for example decomposed, are. Also the lack of temperature resistance metallic materials can play a role as a hindrance to carrying out the reaction described.
Man hat aus diesen Gründen bereits die Verwendung von keramischen Werkstoffen in Betracht gezogen, da diese als Material für Reaktionsgefäße, insbesondere Reaktionsrohre, diese nachteiligen Eigenschaften der Metalle nicht zeigen, andererseits aber wegen ihrer thermischen Empfindlichkeit gerade dann leicht versagen, wenn die Aufgabe gestellt ist, im Interesse eines großen Durchsatzes große, technisch brauchbare Apparaturen zu erstellen. Hinzu kommt, daß man keramische Rohre infolge ihrer spezifischen Herstellungsweise nicht in beliebig großen Dimensionen erzeugen kann oder doch zumindest nicht so, daß sie den Anforderungen eines rauhen technischen Betriebes thermisch und festigkeitsmäßig gewachsen wären.For these reasons, the use of ceramic materials has already been considered drawn, since these are disadvantageous as a material for reaction vessels, in particular reaction tubes Properties of the metals do not show, but on the other hand because of their thermal sensitivity fail easily when the task is set, in the interests of high throughput to create large, technically usable equipment. In addition, you have ceramic tubes cannot produce in any large dimensions due to their specific production method or but at least not in such a way that they thermally meet the requirements of a rough technical operation and would have grown in terms of strength.
Man ist deswegen dazu übergegangen, auch für technische Apparaturen eine Vielzahl Rohre von kleineren Abmessungen, die gegen thermische und mechanische Beanspruchungen wesentlich widerstandsfähiger sind, zu größeren Aggregaten mit befriedigendem Durchsatz zu vereinigen und ist auf diese Weise zu öfen gelangt, die in einem Heizraum ein Bündel aus einer Vielzahl von keramischen Rohren enthalten. Voraussetzung für die ίο technische Brauchbarkeit ist, daß die Rohre so in die Heizvorrichtungen eingebaut sind, daß sie den Wärmespannungen und sonstigen mechanischen Beanspruchungen ausweichen bzw. nachgehen können, damit nicht jede außergewöhnliche Belastung eine- Zerstörung mindestens eines Rohres und damit unter Umständen den Ausfall des ganzen Aggregates hervorruft.For this reason, a large number of tubes have also been used for technical equipment of smaller dimensions, which are essential against thermal and mechanical stresses are more resistant to combine to form larger units with a satisfactory throughput and In this way he got to furnaces which had a bundle of a multitude of ceramic in a boiler room Tubes included. The prerequisite for ίο technical usability is that the pipes so in The heating devices are built in that they withstand thermal stresses and other mechanical Dodge or pursue stress, so that not every extraordinary stress a destruction of at least one pipe and thus possibly the failure of the entire unit evokes.
Es sind Öfen mit keramischen Rohren bekannt, bei denen die Rohre mehr oder weniger frei beweg-Hch in den Stirnwänden des eigentlichen Ofenkörpers aufgehängt sind, wobei die Abdichtung der Ofenstirnwand durch über die Rohre geschobene, ausgeschnittene Platten od. dgl. erfolgt.Furnaces with ceramic tubes are known in which the tubes move more or less freely are suspended in the end walls of the actual furnace body, the sealing of the Oven front wall by cut plates or the like pushed over the pipes.
Bei Vorrichtungen, die aus einer Vielzahl von Einzelaggregaten, in vorliegendem Falle von Rohren, aufgebaut sind, ist es für einen störungsfreien Betrieb besonders wichtig, jedes Rohr einzeln behandeln, beschicken oder entleeren und nach Belieben aus dem Ofen entfernen zu können, ohne daß die Arbeit der anderen Rohre gestört und die in diesen Rohren entstehenden Reaktionsprodukte verunreinigt werden.In the case of devices that consist of a large number of individual units, in the present case of pipes, are constructed, it is particularly important for trouble-free operation to treat each pipe individually, can be loaded or emptied and removed from the oven at will without the work of the other pipes is disturbed and the reaction products formed in these pipes are contaminated will.
Diese Aufgabe liegt der Erfindung zugrunde, die eine Vorrichtung zur Durchführung von endothermen, insbesondere katalytischem Gasreaktionen in Reaktionsrohren aus keramischem Werkstoff betrifft. Es sind zwar bereits Röhrenofen mit metallischen Reaktionsrohren bekannt, die durch Mantelrohre geschützt sind und bei denen die Möglichkeit gegeben ist, jedes Rohr einzeln zu behandeln, ohne daß der Reaktionsablauf in den anderen Rohren gestört wird. Solche öfen weisen aber ebenfalls die eingangs bereits erwähnten Nachteile metallischer Werkstoffe auf. Außerdem ist die Konstruktion eines Ofens aus keramischem Material wegen seines unelastischen Verhaltens ungleich schwieriger und daher mit der Bauweise eines Röhrenofens aus metallischem Werkstoff nicht ohne weiteres zu vergleichen.This object is based on the invention, which provides a device for performing endothermic, relates in particular to catalytic gas reactions in reaction tubes made of ceramic material. There are already known tube furnaces with metallic reaction tubes, which are supported by jacket tubes are protected and where there is the possibility of treating each pipe individually without that the reaction process is disturbed in the other tubes. But such ovens also show the disadvantages of metallic materials already mentioned at the beginning. Besides, the construction a furnace made of ceramic material is much more difficult because of its inelastic behavior and therefore not without further ado with the construction of a tubular furnace made of metallic material to compare.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung können die Reaktionsrohre aus keramischem Werkstoff einzeln oder zu mehreren so in einen Heizraum eingesetzt werden, daß ihre freie Beweglichkeit auch unter thermischer Beanspruchung erhalten bleibt und daher das Auftreten von schädlichen Zug- oder Scherspannungen bei Temperaturwechsel vermieden wird. Auch bei einem aus einer Vielzahl von Rohren bestehenden Technischen Aggregat können die einzelnen Rohre unter besonderen Bedingungen betrieben werden.In the device according to the invention, the reaction tubes can be made of ceramic material be used individually or in groups in a boiler room so that they can move freely is retained even under thermal stress and therefore the occurrence of harmful Tensile or shear stresses during temperature changes are avoided. Even with one of a large number of pipes existing technical aggregate can the individual pipes under special conditions operate.
Bei der Vorrichtung gemäß der Erfindung sind die keramischen Reaktionsrohre in entsprechende Kanäle eines Kühlkopfes gasdicht eingesetzt, wobei dieser Kühlkopf zweckmäßig gleichzeitig nicht nur der Kühlung der Rohrenden oder der die Reaktionsrohre verlassenden Gase, sondern auch der Gasabführung selbst dient. Am freien Ende ist jedes Reaktionsrohr mit einem Steuerkopf verbunden, der in einem Leitkörper eine mit dem Reaktionsrohr kommunizierende, nach außen verschließbare Bohrung trägt. Die lichte Weite dieser Bohrung soll die des Reaktionsrohres übersteigen, damit es gegebenenfalls möglich wird, das Reaktionsrohr durch diese Bohrung nach außen zu entfernen. Diese Bohrung im Leitkörper dient gleichzeitig der Gaszuführung für das Reaktionsrohr und steht zu diesem Zwecke mit dem Sammelraum des Gasverteilers in Verbindung, etwa durch absperrbare Kanäle, die mit Ventilen oder ähnlichen Einrichtungen versehen sind. Die gesamte Vorrichtung kann so erstellt werden, daß der Gasverteiler oben und der Kühlkopf am unteren Ende der Reaktionsrohre sich befindet. Vorzugsweise werden jedoch die Reaktionsrohre in den Kanälen des Kühlkopfes aufgehängt, dieser also an der Oberseite angeordnet und das untere Rohrende über eine flexible Verbindung mit dem Steuerkopf zur Kommunikation gebracht.In the device according to the invention, the ceramic reaction tubes are in corresponding Channels of a cooling head used gas-tight, this cooling head not expediently at the same time only the cooling of the tube ends or the gases leaving the reaction tubes, but also the gas evacuation itself is used. At the free end, each reaction tube is connected to a control head, the one in a guide body communicating with the reaction tube and closable to the outside Bore carries. The clear width of this bore should exceed that of the reaction tube, so that it may be possible to remove the reaction tube to the outside through this bore. This hole in the guide body also serves to supply gas to the reaction tube and is for this purpose in connection with the plenum of the gas distributor, for example by lockable Channels that are provided with valves or similar devices. The entire device can be made with the gas distributor at the top and the cooling head at the bottom the reaction tubes is located. Preferably, however, the reaction tubes are in the channels of the cooling head is suspended, so this is arranged on the top and the lower end of the pipe brought into communication via a flexible connection with the control head.
Eine Vorrichtung gemäß der Erfindung zeigt schematisch die Fig. 1 als Beispiel einer Ausführungsform. Die Vorrichtung besteht aus einer Mehrzahl von mit 1 bezeichneten Reaktionsrohren, aus dem Kühlkopf 2 mit den für jedes Einzelrohr vorhandenen, von Kühlräumen umgebenen Kanälen 3 und dem Deckel 4. Den unteren Abschluß der Vorrichtung bildet der Gasverteiler 5, der seinerseits wieder den Steuerkopf 6 mit dem Leitkörper 7 und der Steuerhülse 8 und den Verschlußdeckel 9 trägt.A device according to the invention is shown schematically in FIG. 1 as an example of an embodiment. The device consists of a plurality of reaction tubes labeled 1, from the cooling head 2 with the channels which are present for each individual pipe and are surrounded by cooling spaces 3 and the cover 4. The lower end of the device is formed by the gas distributor 5, which in turn again the control head 6 with the guide body 7 and the control sleeve 8 and the closure cover 9 wearing.
Wie aus der Figur ersichtlich, kann der Kühlkopf 2 mit Vorteil mehrteilig ausgeführt werden und aus einem Unterstück 10, einem Mittelstück 11 und dem zugleich den Deckel bildenden Oberstück 4 'bestehen. Die Stirnflächen sämtlicher Kühlkopfteile sind glatt bearbeitet, so daß sie sich dicht aufeinanderlegen und durch entsprechende Packungen, z. B. in den Nuten 12, gasdicht zu vereinigen sind. Die Befestigung der Kühlkopfteile miteinander kann in an sich bekannter Weise erfolgen; in der Zeichnung sind hierfür Klemmhebelverschlüsse 13 vorgesehen.As can be seen from the figure, the cooling head 2 can advantageously be made in several parts and from a lower piece 10, a middle piece 11 and the top piece 4 'which at the same time forms the cover. The end faces of all Cooling head parts are machined smooth, so that they lie tightly on top of each other and through appropriate Packs, e.g. B. in the grooves 12, are to be combined in a gas-tight manner. The fastening of the cooling head parts with one another can take place in a manner known per se; in the drawing are clamping lever locks for this purpose 13 provided.
Bei dem geteilten Kühlkopf werden die oberen Enden der Reaktionsrohre 1 in das Kühlkopfunterteil 10 so eingesetzt, daß sie etwa bündig mit der Oberkante von 10 abschließen. Auf dem Boden des Unterstückes sind, beispielsweise mit Hilfe von Stehbolzen, durchbohrte Köpfe 14 aus einem Metall mit gutem Wärmeleitvermögen, vorteilhaft aus Kupfer, aufgesetzt, die als Aufnahme für die Rohrenden dienen. Zwischen die Rohrenden und iao die Kupferköpfe 14 wird eine temperaturbeständige Packung eingelegt, die beispielsweise aus Asbestringen 15 bestehen kann, die oben und unten mit Keramikringen 16 gehalten und mit einem Gewindering 17 zusammengepreßt werden. Auf diese Weise wird ein gasdichter Abschluß des RohrendesIn the case of the split cooling head, the upper ends of the reaction tubes 1 are inserted into the cooling head lower part 10 inserted so that they are approximately flush with the top edge of 10. On the floor of the lower part are, for example with the help of studs, pierced heads 14 from a Metal with good thermal conductivity, advantageously made of copper, put on as a receptacle for the Serve pipe ends. Between the pipe ends and iao the copper heads 14 is a temperature-resistant Inserted pack, which can for example consist of asbestos rings 15, the top and bottom held with ceramic rings 16 and pressed together with a threaded ring 17. To this Way is a gas-tight seal of the pipe end
gegen die Kühlkopfräume erreicht, der unter Abnehmen des Mittel- und Oberstückes nur dann entfernt zu werden braucht, wenn das Rohr ausgewechselt werden muß. Der Kupferkopf 14 ermöglicht eine rasche Abfuhr der Wärme des Rohrendes und Übertragung dieser Wärme auf die eigentlichen Kühlflächen des Kühlkopfes.reached against the cooling head spaces, which only then removed by removing the middle and upper piece needs to be when the tube needs to be replaced. The copper head 14 enables a rapid dissipation of the heat from the pipe end and transfer of this heat to the actual one Cooling surfaces of the cooling head.
Bei der gezeigten Ausführungsform befinden sich an dem Unterstück 10 des Kühlkopfes 2 noch die schienenartigen Fortsätze 18, die zur Auflage der gesamten Vorrichtung in einem beliebigen Ofen dienen. Um eine zu hohe thermische und mechanische Belastung der in dem Ofen hängenden Vorrichtung zu vermeiden, wi-rd der Auflageteil des die Vorrichtung umgebenden Ofens zweckmäßig so gewählt, daß er ohne Verbindung mit thermisch veränderlichen Ofenteilen ist. Der Ofen selbst kann in beliebiger Weise, z.B. elektrisch, aber auch — diese Arbeitsweise ist vorzuziehen — mit Gas beheizt sein.In the embodiment shown, there are still on the lower piece 10 of the cooling head 2 the rail-like extensions 18, which are used to support the entire device in any Serve oven. To avoid excessive thermal and mechanical stress on the hanging in the furnace To avoid the device, the support part of the furnace surrounding the device is expedient chosen so that it is without connection with thermally variable furnace parts. The oven itself can be used in any way, e.g. electrically, but also - this method of working is preferable - be heated with gas.
Die Verbindung des Reaktionsrohres 1 mit dem Gasverteiler 5 erfolgt zweckmäßigerweise über das Leichtmetallrohr 19, mit dem es bei 20 beispielsweise durch eine Kittstelle fest verbunden ist.The connection of the reaction tube 1 to the gas distributor 5 is expediently carried out via the Light metal tube 19, with which it is firmly connected at 20, for example by a putty.
Wesentlich für die Brauchbarkeit der gesamten Vorrichtung ist die Tatsache, daß, wie auch aus der Figur ersichtlich ist, dieses die Fortsetzung des Reaktionsrohres darstellende Metallrohr 19 mit großem Spielraum und daher nach allen Richtungen frei beweglich bei 20a in den Kanal des Leitkörpers 7 eintaucht. Die gasdichte Verbindung zwischen dem Leitkörper und dem Metallzwischenstück wird durch einen flexiblen Überwurf 21 hergestellt, der aus Kautschuk, Silikonkautschuk oder anderen plastischen dichten Werkstoffen bestehen kann.Essential for the usefulness of the entire device is the fact that, as can also be seen from the figure, this metal tube 19, which is the continuation of the reaction tube, is immersed in the channel of the guide body 7 with a large margin and therefore freely movable in all directions at 20 a. The gas-tight connection between the guide body and the intermediate metal piece is produced by a flexible cover 21, which can consist of rubber, silicone rubber or other plastic, impermeable materials.
Der Verteiler 5 trägt die gemeinsame Gaszuführungsleitung, in der Figur nicht sichtbar, aus der das Gas über im Leitkörper 7 befindliche Kanäle 22, die zweckmäßig in düsenartige Öffnungen auslaufen, in die Bohrung γα des Leitkörpers gelangen kann. Es wird also bei der Vorrichtung gemäß der Erfindung das Gas zwar gemeinsam zugeführt, sodann aber mittels der erwähnten Kanäle aus dem gemeinsamen Gasraum jedem einzelnen Leitkörper und damit jedem einzelnen Reaktionsrohr gesondert zugeteilt. Der Leitkörper 7 trägt, wie erwähnt, die Steuerhülse 8, die ähnlich wie eine Überwurfmutter wirkt. Sie ist mit Hilfe des Schraubringes 23 und der Packung 24 gegen die Leitkörper abgedichtet und kann durch Drehung im Gewinde 25 nach oben oder unten verstellt werden. Wird bei dieser Betätigung die Steuerhülse 8 gegenüber der in der Figur gezeigten Stellung nach oben gedreht! so wird die ringförmige, elastische Packung 26 zusammengepreßt und verschließt die Kanäle 22 des Leitkörpers 7, so daß kein Gas vom Verteiler in die Bohrung Ja des Leitkörpers und damit in das Reaktionsrohr übertreten kann. Auf diese Art ist es also möglich, j edes einzelne Reaktionsrohr der Vorrichtung von der allgemeinen Gaszufuhr während des Betriebes von außen her abzuschließen. Darüberhinaus erlaubt es diese Vorrichtung nun auch, das von der allgemeinen Gasversorgung getrennte Rohr über den Verschlußdeckel 9 zu öffnen, ohne daß wiederum der Gesamtbetrieb der anderen Reaktionsrohre gestört wird. Beispielsweise kann ein zerbrochenes Rohr durch diese Öffnung aus der Vorrichtung nach unten abgezogen und ein Bruchstück entfernt werden. Viel wesentlicher ist jedoch, daß man hier z. B. ein Druckmeßgerät für Einzelmessungen einsetzen oder auch Rückschlagventile zur individuellen Einleitung von anderen Gasen vorsehen kann. Man kann derartige Messungen oder Beschickungen mit anderen Gasen in jedem einzelnen Rohr so beliebig lange Zeit vornehmen, während die anderen Rohre ohne Störung weiterarbeiten. The distributor 5 carries the common gas supply line, not visible in the figure, from which the gas can pass into the bore γ α of the guide body via channels 22 located in the guide body 7, which expediently run out into nozzle-like openings. In the device according to the invention, the gas is supplied together, but then separately allocated to each individual guide body and thus to each individual reaction tube by means of the channels mentioned from the common gas space. As mentioned, the guide body 7 carries the control sleeve 8, which acts similarly to a union nut. It is sealed against the guide body with the aid of the screw ring 23 and the packing 24 and can be adjusted upwards or downwards by turning the thread 25. If during this actuation the control sleeve 8 is turned upwards in relation to the position shown in the figure! so the annular, elastic packing 26 is compressed and closes the channels 22 of the guide body 7 so that no gas can pass from the distributor into the bore J a of the guide body and thus into the reaction tube. In this way it is possible to shut off each individual reaction tube of the device from the general gas supply during operation from the outside. In addition, this device now also allows the tube, which is separated from the general gas supply, to be opened via the closure cover 9 without again disrupting the overall operation of the other reaction tubes. For example, a broken pipe can be pulled downward out of the device through this opening and a fragment can be removed. Much more important, however, is that here z. B. can use a pressure gauge for individual measurements or provide check valves for the individual introduction of other gases. Such measurements or charging with other gases can be carried out in each individual tube for any length of time, while the other tubes continue to work without interference.
In ähnlicher Weise können auch in das Reaktionsrohr während des Betriebes Füllkörper oder aus einzelnen Stücken bestehende Füllkörpersäulen eingeführt werden, die dann nach Aufsetzen des Verschluß deckeis 9 auf diesem ruhen und das empfindliche Reaktionsrohr nicht belasten. Auch die Auswechslung dieser Füllkörper kann nach Abschaltung der Gaszufuhr durch Betätigung der Steuerhülse 8 und Lösen des Verschlußdeckels während des Betriebes der anderen Rohre vorgenommen werden.In a similar way, packing elements or in the reaction tube during operation are introduced from individual pieces of existing packing columns, which are then placed after the Shutter cover 9 rest on this and do not stress the sensitive reaction tube. Also the Replacing this packing can after switching off the gas supply by actuating the Control sleeve 8 and loosening of the closure cover made during the operation of the other tubes will.
Die durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung gegebene Möglichkeit einer individuellen Gaszuführung für einzelne oder alle Rohre erweist sich als ein großer Vorteil bei der Zuführung von vorgeheizten Gasen oder Gasgemischen, wobei der Gasverteiler 5 und die flexiblen Verbindungen sich nicht übermäßig erwärmen dürfen. Man verfährt dabei zweckmäßig so, daß man durch den Verschlußdeckel 9 für das heiße Gas gesonderte Rohre hindurchführt, die bis in das eigentliche keramische Reaktionsrohr reichen, ohne es in seiner freien Beweglichkeit zu beeinträchtigen (vgl. Fig. 2). Gleichzeitig leitet man durch die Kanäle 22 des Leitkörpers 7 unter Regulierung mittels der Steuerhülse 8 kaltes Gas oder Gasgemisch derart ein, daß dessen Druck genügt, um ein Zurückschlagen des Heißgases aus dem Reaktionsrohr in den weiten Kanal J11 des Leitkörpers 7 und das Verbindungsrohr 19 zwischen diesem und dem Reaktionsrohr zu verhindern.The possibility of an individual gas supply for individual or all pipes provided by the configuration according to the invention proves to be a great advantage when supplying preheated gases or gas mixtures, the gas distributor 5 and the flexible connections not being allowed to heat up excessively. It is advisable to proceed in such a way that separate tubes are passed through the sealing cover 9 for the hot gas, which tubes extend into the actual ceramic reaction tube without impairing its freedom of movement (see FIG. 2). At the same time, through the channels 22 of the guide body 7, under regulation by means of the control sleeve 8, cold gas or gas mixture is introduced in such a way that its pressure is sufficient to prevent the hot gas from blowing back from the reaction tube into the wide channel J 11 of the guide body 7 and the connecting tube 19 between to prevent this and the reaction tube.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der Erfindung, die es gestattet, die Vorteile des Aufbaues von Verteiler 5 und Steuerkopf 6 für die Einzelbeaufschlagung der Rohre in besonders erschöpfender Weise auszunutzen, besteht darin, daß in den Deckel 4 bzw. in das Oberstück des Kühlkopfes 2 Rohrstutzen eingesetzt sind, die nach außen durch gegebenenfalls auf T-Stücken angebrachte Hähne verschließbar sind und die jeweils einem Reaktionsrohr bzw. einem entsprechenden Kanal im Kühlkopf 2 oder im Mittelstück11 iao zugeordnet sind. Diese Rohrstutzen, die in der Fig. ι mit 27 bezeichnet sind, sind mit einem Gewinde versehen und demgemäß im Deckel absenkbar. Sie sind an der Unterseite mit teilerartigen Dichtungselementen 28 versehen, die in der tiefsten Stellung der Rohrstutzen 27 sich in scheibenför-A preferred embodiment of the device according to the invention, which allows the advantages of the construction of distributor 5 and control head 6 for the individual application of the pipes in a particularly exhaustive manner, consists in that in the cover 4 or in the upper part of the cooling head 2 pipe sockets are used, which can be closed to the outside by taps fitted on T-pieces, if necessary, and each of them a reaction tube or a corresponding channel in the cooling head 2 or in the middle piece 11 iao assigned. These pipe sockets, which are designated in Fig. Ι with 27, are threaded provided and accordingly lowerable in the lid. They are at the bottom with divider-like Sealing elements 28 are provided, which in the lowest position of the pipe socket 27 are in disk-shaped
mige Aussparungen 29 am Ende der Kanäle 3 des Mittelstückes ii einlegen und in diesen gewissermaßen als Ventilsitze ruhen. Diese Ausführungsform ermöglicht es, jeden Einzelkanal 3 bzw. jedes einzelne Reaktionsrohr durch Tief stellung des zugehörigen Rohrstutzens 27 vom gemeinsamen Gasraum im Oberstück des Kühlkopfes abzuschließen und so die Gase aus dem betreffenden Rohr gesondert abzuführen. Durch Abheben des Rohrstutzens 2.7 öffnet sich der betreffende Kanal wiederum in den gemeinsamen Gasraum. Man kann mit Hilfe dieser Ausführung die Abgase jedes einzelnen Rohres der Gasanalyse zuführen oder auch beispielsweise in das T-Stück, das den Abschluß des Rohrstutzens 27 nach außen bildet, ein Temperaturmeßinstrument, beispielsweise ein Thermoelement, einführen, um den Reaktionsverlauf in einem einzelnen Rohr ohne Störung des Betriebes der anderen Reaktionsrohre an Hand der Reaktionstempe-Insert shaped recesses 29 at the end of the channels 3 of the middle piece ii and rest in these as it were as valve seats. This embodiment makes it possible to complete each individual channel 3 or each individual reaction tube by lowering the associated pipe socket 27 from the common gas space in the upper part of the cooling head and thus discharge the gases separately from the tube in question. By lifting the pipe socket 2.7 , the channel in question opens again into the common gas space. With the help of this design, the exhaust gases of each individual pipe can be fed to the gas analysis or, for example, a temperature measuring instrument, for example a thermocouple, can be inserted into the T-piece that forms the end of the pipe socket 27 to the outside, in order to monitor the course of the reaction in a single pipe without Disturbance of the operation of the other reaction tubes based on the reaction temperature
ao ratur zu verfolgen.ao ratur to follow.
In Fig. 2 ist der untere Teil der Vorrichtung nochmals gesondert dargestellt, um die zusätzliche Einrichtung für die Vorheizung der reagierenden Gase zu erläutern. Die Bedeutung der Bezugszeichen 1, 7, "]a, 8, 9, 19, 20, 20a und 21 bis 2Ö_ entspricht derjenigen in Fig. 1. Durch den Verschlußdeckel 9 ist das Rohr 30 eingeführt, das zweckmäßig als Kapillare ausgebildet ist und aus einem Werkstoff mit hohem Wärmeleitvermögen, vorzugsweise aus Kupfer, besteht. Die Vorwärmung des durch 30 eingeleiteten Gases erfolgt durch eine Heizvorrichtung 31. Durch entsprechende Einstellung der Steuerhülse 8 wird aus dem Sammelraum des Gasverteilers 5 (Fig. 1) über die Kanäle 22 so viel kaltes Gas eingeleitet, daß dieses in der Bohrung ja des Leitkörpers 7, innerhalb des flexiblen Überwurfes 21 und in Rohr 19 ein das Rohr 30 umgebendes Kühlpolster bildet. Auf diese Weise wird eine unerwünschte Erwärmung der Verbindungsstellen und Dichtungen vermieden, ohne daß die verhältnismäßig geringe Kaltgasmenge einen nennenswerten Wärmeverlust des vorgeheizten Gases hervorruft. Man kann durch Verwendung mehrerer Rohre entsprechend 30 auch jede Komponente für sich und verschieden stark vorwärmen und gegebenenfalls die Gaseinleitungsrohre 30, den Verschlußdeckel 9 und die Heizvorrichtungen 31 zu einem gesonderten Konstruktionsteil zusammenfassen. In Fig. 2, the lower part of the device is shown again separately in order to explain the additional device for preheating the reacting gases. The meaning of the reference numerals 1, 7, "] a , 8, 9, 19, 20, 20 a and 21 to 20 - corresponds to that in FIG consists of a material with high thermal conductivity, preferably copper. The preheating of the gas introduced through 30 is carried out by a heating device 31. By setting the control sleeve 8 accordingly, the collecting space of the gas distributor 5 (FIG. 1) becomes so much via the channels 22 cold gas is introduced so that it forms a cooling cushion surrounding the tube 30 in the bore j a of the guide body 7, within the flexible sleeve 21 and in the tube 19. In this way, undesired heating of the connection points and seals is avoided without the relatively slight The amount of cold gas causes a significant loss of heat from the preheated gas Separate strongly preheat and, if necessary, combine the gas inlet pipes 30, the closure cover 9 and the heating devices 31 into a separate structural part.
Die Vorrichtung gemäß der Erfindung dient allgemein der Durchführung endothermer, insbesondere katalytischer Gasreaktionen, z. B. für die Blausäuresynthese aus Methan und Ammoniak, für den Wulff-Prozeß zur Herstellung von Acetylen aus Methan oder anderen gesättigten, niederen Kohlenwasserstoffen, für die Krackung und Formierung von vergastem Rohöl u. dgl., wobei der Katalysator als Überzug auf die Wand des Reaktionsrohres oder auch auf durch den Verschlußdeckel 9 abgestützten Füllkörpern aufgebracht sein kann. Man kann auch die Füllkörper selber aus katalytisch wirksamen Material herstellen und sie, wie oben beschrieben, in jedem einzelnen Rohr während des Betriebes auswechseln oder kontrollieren, indem das betreffende Rohr von der allgemeinen Gaszufuhr vorübergehend abgeschlossen wird.The device according to the invention is generally used to carry out endothermic, in particular catalytic gas reactions, e.g. B. for the hydrogen cyanide synthesis from methane and ammonia, for the Wulff process for the production of acetylene from methane or other saturated, lower ones Hydrocarbons, for the cracking and formation of gasified crude oil and the like Catalyst as a coating on the wall of the reaction tube or on through the closure lid 9 supported packing can be applied. You can also make the packing yourself Produce catalytically active material and, as described above, in each individual tube Replace or check during operation by removing the pipe in question from the general Gas supply is temporarily shut off.
Besonders bewährt hat sich die Vorrichtung gemäß der Erfindung für die Darstellung von Blausäure aus Methan und Ammoniak an Katalysatoren der Platingruppe, die bei Temperaturen von etwa 12000 vorgenommen wird. Gerade bei derartigen Prozessen, bei denen ab und zu eine Regenerierung des Katalysators in einzelnen Reaktionsrohren notwendig sein kann, hat sich die Vorrichtung nach der Erfindung als besonders brauchbar erwiesen, weil sie es gestattet, alle gegebenenfalls anfallenden Arbeiten am einzelnen Rohr durchzuführen, ohne den Betrieb der anderen Rohre zu unterbrechen oder zu stören und die anfallenden Reaktionsprodukte zu verunreinigen. Es ist z. B. ohrje weiteres möglich, durch Schließen der Gaskanäle 22 im Leitkörper 7 mit Hilfe der Steuerhülse 8 dem Rohr nach Entfernen des Verschlußdeckels 9 beliebige Gase, ζ. B. Sauerstoff oder Luft, zuzuführen und auf diese Weise Nebenprodukte, z. B. Rußansätze, durch Abbrennen aus dem Reaktionsrohr zu entfernen. Eine Verunreinigung des gemeinsam abgeführten Reaktionsproduktes der anderen Rohre tritt dabei nicht ein, da das betreffende Rohr mit Hilfe der Rohrstutzen 27 von der allgemeinen Gasableitung getrennt wird, so daß die entsprechenden Gase entweder für sich abgeführt oder beispielsweise am Rohrstutzen außen abgebrannt werden können.Proven particularly useful apparatus of the invention for the preparation of hydrogen cyanide from methane and ammonia over a catalyst of the platinum group, which is carried out at temperatures of about 1200 0 Pursuant. The device according to the invention has proven to be particularly useful in processes of this type, in which the catalyst in individual reaction tubes may occasionally need to be regenerated, because it allows any work that may arise on the individual tube to be carried out without operation interrupting or disrupting the other pipes and contaminating the resulting reaction products. It is Z. B. ohrje further possible, by closing the gas channels 22 in the guide body 7 with the help of the control sleeve 8 the pipe after removing the cap 9 any gases, ζ. B. oxygen or air, and in this way by-products such. B. soot deposits to be removed by burning off from the reaction tube. A contamination of the jointly discharged reaction product of the other pipes does not occur, since the pipe in question is separated from the general gas discharge with the help of the pipe socket 27, so that the corresponding gases can either be discharged by themselves or, for example, burned off at the pipe socket on the outside.
Ein weiterer Vorteil bei der Benutzung der Vorrichtung der Erfindung ergibt sich auch dadurch, daß es möglich ist, erforderlichenfalls Einzelrohre mit verschiedenartig zusammengesetzten Gasmischungen zu beschicken und so die Einzelreaktion dem Zustand des Katalysators anzupassen. Durch Einstellung verschiedener Öffnungsquerschnitte an den Kanälen 22 des Leitkörpers 7 kann eine Beaufschlagung mit verschiedenen Gasmengen erreicht werden.Another advantage of using the device of the invention also results from the fact that that it is possible, if necessary, to use individual pipes with gas mixtures of different compositions to be charged and so adapt the individual reaction to the state of the catalyst. By setting different opening cross-sections on the channels 22 of the guide body 7 can an application with different amounts of gas can be achieved.
Bei der Herstellung von Blausäure aus Methan und Ammoniak kann die gemäß Fig. 2 beschriebene Möglichkeit einer Vorheizung der Reaktionskomponenten von großer Bedeutung sein. Man kann so verfahren, daß etwa nur das Ammoniak auf Tem- no peraturen von 700 bis 8oo° vorgewärmt und zusätzlich kaltes Methan-Ammoniak-Gemisch über die Kanäle 22 eingeleitet wird. Als besonders vorteilhaft hat es sich allerdings erwiesen, das Gemisch von Ammoniak und Methan vorzuwärmen, da hierbei die Verluste durch vorzeitige Zersetzung überraschenderweise am geringsten sind.In the production of hydrocyanic acid from methane and ammonia, that described in accordance with FIG. 2 can be used The possibility of preheating the reaction components can be of great importance. You can do that process that approximately only the ammonia is preheated to temperatures of 700 to 8oo ° and additionally cold methane-ammonia mixture is introduced via the channels 22. As particularly beneficial However, it has proven to preheat the mixture of ammonia and methane, since the losses due to premature decomposition are surprisingly lowest here.
Claims (5)
Deutsche Patentschriften Nr. 855242, 884348.Considered publications:
German patent specifications No. 855242, 884348.
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